CN109233078A - 一种轨道交通用隔音复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种轨道交通用隔音复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轨道交通用隔音复合材料，以重量份计，包括以下组分：热塑性树脂10‑20份；嵌段共聚物5‑15份；无机填料30‑80份；助剂3‑5份；其中，所述嵌段共聚物为苯乙烯‑乙烯支化聚二烯‑苯乙烯三嵌段共聚物。本发明还相应提供一种上述复合材料的制备方法。本发明在基体热塑性树脂中添加苯乙烯‑乙烯支化聚二烯‑苯乙烯三嵌段共聚物，赋予材料优良的减振和隔音性能，特别是有效降低低频振动和噪声，应用于轨道交通时可以大大提高乘坐舒适性。另外，本发明的隔音复合材料的所有组分均是绿色环保型的材料，最终制备得到的复合材料具备绿色环保、阻尼和隔音性能优异等性能优势。

Description

一种轨道交通用隔音复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于轨道交通领域，尤其涉及一种用于轨道交通的减振隔音材料及其制备方法。
背景技术
隔音材料能够大幅衰减噪音的传播，因此广泛应用于建筑、汽车、轨道交通、石油化工、电力电气等领域。
现有的高分子隔音材料主要有两种方案，第一种由聚氯乙烯树脂、阻燃剂、增塑剂和无机填料等组成，应用于轨道交通、建筑、石化管道等，其具有较好的减振降噪效果。但是该材料需要添加大量增塑剂导致环保性较差，另外由于聚氯乙烯燃烧时释放出大量氯化氢气体，其燃烧时的烟密度和烟毒性非常大，限制了该材料的大规模应用。第二种是由乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶等环保热塑性树脂、无机填料和助剂等组成，广泛应用于汽车、家电和电气设备等领域，该种材料可填充更多的填料，因此成本较低和具有很好的隔音性能，但是其阻燃性能一般不好，特别是阻尼减振性能不好，不能满足轨道交通等领域的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种阻尼减振性能优异，绿色环保的轨道交通用隔音复合材料，并相应提供其制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种轨道交通用隔音复合材料，以重量份计，包括以下组分：
其中，所述嵌段共聚物为苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物。
上述轨道交通用隔音复合材料中，优选的，所述苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物的损耗因子tanδ峰大于0.6，峰值温度位于-5-30℃。更优选的，所述苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物的损耗因子tanδ峰大于0.8，峰值温度位于0-25℃。上述限定以尽量提高隔音复合材料在常温附近较宽温域内的阻尼损耗因子，既能增加复合材料的减振性能，又能有效提高材料低频隔音性能。
上述轨道交通用隔音复合材料中，优选的，所述热塑性树脂为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、聚乙烯和聚丙烯中的一种或几种；所述无机填料为碳酸钙、硫酸钡和云母粉中的一种或几种；所述助剂包括以下质量比的组分：环烷油：硬脂酸：偶联剂：抗氧剂：分散剂为(0.5-3)：(0.2-1)：(0.5-2)：(0.5-1)：(0.5-1)。采用上述环保型热塑性树脂，其燃烧时不会产生氯化氢等有毒气体，更加绿色环保。
上述轨道交通用隔音复合材料中，优选的，所述复合材料中还包括阻燃剂，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和无机膨胀型阻燃剂中的一种或几种；所述复合材料以重量份计包括以下组分：
更优选的，所述阻燃剂为无机膨胀型阻燃剂，所述无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐组成的混合物。在上述复合材料中添加阻燃剂，即在均质高分子减振隔音材料中同时添加嵌段共聚物和膨胀型阻燃剂，既可以有效提高材料的减振隔音性能，又可以有效提高材料的阻燃性能并降低燃烧时的烟密度和烟毒性，在火灾发生情况下可为人员逃生赢得宝贵时间，进一步提升复合材料的综合性能。
上述轨道交通用隔音复合材料中，优选的，所述焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐之间的比例关系为(1：4)-(5：1)，更优选的，所述焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐之间的比例关系为(1：2)-(4：1)，进一步优选的比例为2：1。当焦磷酸哌嗪与聚三聚氰胺磷酸盐的比例为2：1时，材料燃烧时形成的炭层最稳定，阻燃效果最好。
作为一个总技术构思，本发明还提供一种上述的轨道交通用隔音复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将各组分投入已经预热的密炼机中，将各组分混匀并塑化均匀得到塑化料；
(2)将步骤(1)中得到的塑化料送至挤出机进料口并通过锥形双螺杆喂料，经扁平模口挤出物料；
(3)步骤(2)中的挤出物料经三辊定型即得到上述轨道交通用阻燃隔音复合材料。
上述制备方法中，优选的，所述步骤(1)中密炼机预热至120-150℃；所述步骤(2)中，挤出机的转速为220-250rpm，温度为120-160℃。
上述制备方法中，优选的，三辊定型后得到的轨道交通用阻燃隔音复合材料的厚度为0.5-5mm。
本发明的轨道交通用隔音复合材料中各成分的配比需要综合考虑复合材料的隔音性能、减振性能、加工性能以及成本要求等。例如：热塑性树脂作为基体树脂，既要求提供复合材料的基本性能，又要求确保填充较高比例的填料，但其相对填料成本更高，基体树脂用量过高会不利于某些性能要求，例如密度、阻燃、成本等，基体树脂用量过低则不利于力学性能和填充要求等。嵌段共聚物在常温附近具有优异的阻尼性能，但成本高，其用量过多，会增加复合材料原料成本，用量低则不易达到轨道交通用减振材料的阻尼要求。本发明中，各物质协同作用，最终得到的轨道交通用隔音复合材料具备绿色环保、阻尼减振性能和阻燃性能优异等综合性能优势。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明在基体热塑性树脂中添加苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，其分子结构中含有较大的侧基可以显著提高复合材料阻尼性能，在-20℃-40℃宽温度范围内复合材料损耗因子达到0.2以上，良好的阻尼性能提高了复合材料振动时的内摩擦和能量损耗，赋予材料优良的减振和隔音性能(嵌段共聚物改善复合材料阻尼性能的同时，对低频的阻尼控制区的隔声效果有优化作用)，特别是有效降低低频振动和噪声，应用于轨道交通时，可以大大提高乘坐舒适性。
2、本发明的隔音复合材料的所有组分均是绿色环保型的材料，最终制备得到的复合材料具备绿色环保、阻尼和隔音性能优异等性能优势。
3、本发明的制备方法简单，易于操作，重复性好。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种轨道交通用隔音复合材料，以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物10份，硫酸钡75份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂0.5份，偶联剂0.5份，分散剂1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为20℃，峰值为1.2。
上述复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)密炼：将各组分按配比称重并投入预热至120-150℃的密炼机中，将物料混匀并塑化均匀；
(2)挤出：趁热将塑化好的物料输送至挤出机进料口并通过锥形双螺杆喂料，挤出机在转速220-250转/分钟，120-160℃温度下经扁平模口挤出物料；
(3)三辊定型：三辊预先调节至一定厚度并通冷却水，挤出的物料经三辊的适当拉伸和挤压定型形成平整的隔音材料，隔音材料的厚度为1mm。
实施例2：
一种轨道交通用隔音复合材料，以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物10份，无机膨胀型阻燃剂35份，硫酸钡40份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂0.5份，偶联剂0.5份，分散剂1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为20℃，峰值为1.2，无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按比例关系为2：1组合的混合物。
本实施例中的复合材料的制备方法同实施例1，厚度为1mm。
实施例3：
一种轨道交通用隔音复合材料，以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物10份，无机膨胀型阻燃剂35份，硫酸钡40份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂0.5份，偶联剂0.5份，分散剂1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为-5℃，峰值为0.7，无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按2：1组合的混合物。
本实施例中的复合材料的制备方法同实施例1，厚度为1mm。
实施例4：
一种轨道交通用隔音复合材料，以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物10份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物15份，无机膨胀型阻燃剂35份，硫酸钡40份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂0.5份，偶联剂0.5份，分散剂1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为20℃，峰值为1.2，无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按2：1组合的混合物。
本实施例中的复合材料的制备方法同实施例1，厚度为1mm。
实施例5：
一种轨道交通用隔音复合材料，以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物20份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物5份，无机膨胀型阻燃剂35份，硫酸钡40份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂0.5份，偶联剂0.5份，分散剂1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为20℃，峰值为1.2，无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按2：1组合的混合物。
本实施例中的复合材料的制备方法同实施例1，厚度为1mm。
实施例6：
一种轨道交通用隔音复合材料，以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物10份，无机膨胀型阻燃剂35份，硫酸钡40份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂0.5份，偶联剂0.5份，分散剂1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为20℃，峰值为1.2，无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按4：1组合的混合物。
本实施例中的复合材料的制备方法同实施例1，厚度为1mm。
实施例7：
一种轨道交通用隔音复合材料，以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物10份，无机膨胀型阻燃剂35份，硫酸钡40份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂0.5份，偶联剂0.5份，分散剂1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为25℃，峰值为1.0，无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按3：1组合的混合物。
本实施例中的复合材料的制备方法同实施例1，厚度为1mm。
对比例1：
一种轨道交通用隔音复合材料，以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物25份，硫酸钡75份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂0.5份，偶联剂0.5份，分散剂1份。
上述复合材料的制备方法与实施例1相同，厚度为1mm。
对比例2：
一种轨道交通用隔音复合材料，以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份，聚醋酸乙烯酯10份，无机膨胀型阻燃剂35份，硫酸钡40份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂0.5份，偶联剂0.5份，分散剂1份。其中，无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按2：1组合的混合物。
上述复合材料的制备方法与实施例1相同，厚度为1mm。
对比例3：
一种轨道交通用隔音复合材料，以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物10份，氢氧化镁35份，硫酸钡40份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂0.5份，偶联剂0.5份，分散剂1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为20℃，峰值为1.2。
上述复合材料的制备方法与实施例1相同，厚度为1mm。
对比例4：
一种轨道交通用隔音复合材料，以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物10份，无机膨胀型阻燃剂35份，硫酸钡40份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂0.5份，偶联剂0.5份，分散剂1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为20℃，峰值为1.2，无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按1:3组合的混合物。
上述复合材料的制备方法与实施例1相同，厚度为1mm。
对比例5：
一种轨道交通用隔音复合材料，以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物10份，无机膨胀型阻燃剂35份，硫酸钡40份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂0.5份，偶联剂0.5份，分散剂1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗正切峰的温度为-10℃，峰值为0.5，无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按2：1组合的混合物。
上述复合材料的制备方法与实施例1相同，厚度为1mm。
上述实施例1-7与对比例1-5中制备得到的复合材料的性能参数经测定如下表1、表2所示。
表1：实施例中制备得到的复合材料的性能测试方法及性能参数
表2：对比例中制备得到的复合材料的性能测试方法及性能参数
由上表1、表2可知，对比例1是以25份乙烯-醋酸乙烯共聚物为基体树脂，75份硫酸钡为填料，无阻燃剂，最终复合材料的氧指数低，烟密度和烟毒性较大，阻燃性能较差。另外，对比例1中也未添加苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物或聚醋酸乙烯酯等阻尼改性组分，20℃和40℃损耗因子较低，常温阻尼性能较差。但由于密度较大，隔声量较大。
由上表1、表2可知，在对比例1基础上，添加无机膨胀型阻燃剂或氢氧化镁改善阻燃性能，可知同样用量的氢氧化镁(对比例3)和无机膨胀型阻燃剂(对比例4、实施例2、实施例6)，后者氧指数较高、烟密度和烟毒性较小，且实施例2中焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按比例关系为2：1组合的无机膨胀型阻燃剂阻燃效果更好。
由上表1、表2可知，在对比例1基础上，添加苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(实施例1)和聚醋酸乙烯酯(对比例2)，20℃和40℃损耗因子明显提高，其中实施例1中添加苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，常温阻尼性能优化更好。由实施例2、实施例4、实施例5对比可知，随着苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物用量的增加，20℃和40℃损耗因子增大。但由于苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物成本高，考虑在满足常温阻尼性能要求的前提下，优选10份用量。由实施例2、实施例3、对比例5可知，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰值温度高有利于提高材料常温阻尼性能。

Claims (10)

1.一种轨道交通用隔音复合材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
其中，所述嵌段共聚物为苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物。
2.根据权利要求1所述的轨道交通用隔音复合材料，其特征在于，所述苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物的损耗因子tanδ峰大于0.6，峰值温度位于-5-30℃。
3.根据权利要求2所述的轨道交通用隔音复合材料，其特征在于，所述苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物的损耗因子tanδ峰大于0.8，峰值温度位于0-25℃。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的轨道交通用隔音复合材料，其特征在于，所述热塑性树脂为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、聚乙烯和聚丙烯中的一种或几种；所述无机填料为碳酸钙、硫酸钡和云母粉中的一种或几种；所述助剂包括以下质量比的组分：环烷油：硬脂酸：偶联剂：抗氧剂：分散剂为(0.5-3)：(0.2-1)：(0.5-2)：(0.5-1)：(0.5-1)。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的轨道交通用隔音复合材料，其特征在于，所述复合材料中还包括阻燃剂，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和无机膨胀型阻燃剂中的一种或几种；所述复合材料以重量份计包括以下组分：
6.根据权利要求5所述的轨道交通用隔音复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为无机膨胀型阻燃剂，所述无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐组成的混合物。
7.根据权利要求6所述的轨道交通用隔音复合材料，其特征在于，所述焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐之间的比例关系为(1：2)-(4：1)。
8.根据权利要求6所述的轨道交通用隔音复合材料，其特征在于，所述焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐之间的比例关系为2：1。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的轨道交通用隔音复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将各组分投入已经预热的密炼机中，将各组分混匀并塑化均匀得到塑化料；
(2)将步骤(1)中得到的塑化料送至挤出机进料口并通过锥形双螺杆喂料，经扁平模口挤出物料；
(3)步骤(2)中的挤出物料经三辊定型即得到上述轨道交通用阻燃隔音复合材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中密炼机预热至120-150℃；所述步骤(2)中，挤出机的转速为220-250rpm，温度为120-160℃。
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